Брауновско движение на хората. Брауново движение

Шотландският ботаник Робърт Браун (понякога фамилията му се транскрибира като Браун) приживе, като най-добър познавач на растенията, получава титлата "принц на ботаниците". Той направи много прекрасни открития. През 1805 г., след четиригодишна експедиция в Австралия, той донася в Англия около 4000 вида непознати на учените австралийски растения и прекарва много години в изучаването им. Описани растения, донесени от Индонезия и Централна Африка. Изучава физиологията на растенията, за първи път описва подробно ядрото на растителната клетка. Петербургската академия на науките го прави почетен член. Но името на учения сега е широко известно не заради тези произведения.

През 1827 г. Браун провежда изследвания върху растителния прашец. По-специално той се интересуваше как цветният прашец участва в процеса на оплождане. Веднъж той погледна под микроскоп, изолиран от поленови клетки на растение в Северна Америка Clarkia pulchella(Pretty Clarkia) удължени цитоплазмени зърна, суспендирани във вода. Изведнъж Браун видя, че най-малките твърди зърна, които трудно се виждат в капка вода, непрекъснато треперят и се местят от място на място. Той откри, че тези движения, по думите му, „не са свързани нито с потоци в течността, нито с постепенното й изпаряване, а са присъщи на самите частици“.

Наблюдението на Браун беше потвърдено от други учени. Най-малките частици се държаха така, сякаш са живи, а „танцът“ на частиците се ускорява с повишаване на температурата и намаляване на размера на частиците и ясно се забавя, когато водата се заменя с по-вискозна среда. Това невероятно явление никога не е спирало: може да се наблюдава произволно дълго време. Първоначално Браун дори си помисли, че живите същества наистина са попаднали в полето на микроскопа, особено след като цветният прашец е мъжките зародишни клетки на растенията, но частици от мъртви растения, дори от тези, изсушени сто години по-рано в хербариите, също водят. Тогава Браун си помисли дали това са „елементарните молекули на живите същества“, които известният френски натуралист Жорж Буфон (1707–1788), автор на 36-томната книга природознание. Това предположение отпадна, когато Браун започна да изследва очевидно неодушевени предмети; отначало това бяха много малки частици въглища, както и сажди и прах от лондонския въздух, след това фино смлени неорганични вещества: стъкло, много различни минерали. „Активни молекули“ бяха навсякъде: „Във всеки минерал“, пише Браун, „който успях да смеля на прах до такава степен, че да може да бъде суспендиран във вода за известно време, открих, в по-големи или по-малки количества, тези молекули .

Трябва да кажа, че Браун нямаше нито един от най-новите микроскопи. В статията си той специално подчертава, че е имал обикновени двойно изпъкнали лещи, които е използвал няколко години. И по-нататък пише: „По време на изследването продължих да използвам същите лещи, с които започнах работа, за да придам по-голяма убедителност на твърденията си и да ги направя възможно най-достъпни за обикновените наблюдения.“

Сега, за да се повтори наблюдението на Браун, е достатъчно да имате не особено силен микроскоп и с него да изследвате дима в почернела кутия, осветена през страничен отвор с лъч интензивна светлина. В газ явлението се проявява много по-ярко, отколкото в течност: малки петна от пепел или сажди (в зависимост от източника на дима) са видими, разсейващи светлина, които непрекъснато скачат напред-назад.

Както често се случва в науката, много години по-късно историците откриват, че още през 1670 г. изобретателят на микроскопа, холандецът Антъни Левенхук, очевидно е наблюдавал подобно явление, но рядкостта и несъвършенството на микроскопите, ембрионалното състояние на молекулярната наука по това време не привлича вниманието към наблюдението на Левенхук, поради което откритието с право се приписва на Браун, който първи го проучва и описва подробно.

Брауново движение и атомно-молекулярна теория.

Явлението, наблюдавано от Браун, бързо стана широко известно. Самият той показа експериментите си на многобройни колеги (Браун изброява две дузини имена). Но нито Браун, нито много други учени можеха да обяснят това мистериозно явление, наречено "брауново движение", в продължение на много години. Движенията на частиците бяха напълно произволни: скици на техните позиции, направени в различни моменти от време (например всяка минута), не дават на пръв поглед никаква възможност за откриване на някаква закономерност в тези движения.

Обяснението на Брауновското движение (както беше наречено това явление) чрез движението на невидими молекули е дадено едва през последната четвърт на 19 век, но не е прието веднага от всички учени. През 1863 г. учителят по описателна геометрия от Карлсруе (Германия), Лудвиг Кристиан Винер (1826–1896), предполага, че явлението е свързано с осцилаторните движения на невидимите атоми. Това беше първото, макар и много далече от модерното, обяснение на Брауновото движение чрез свойствата на самите атоми и молекули. Важно е, че Винер е видял възможност да проникне в тайните на структурата на материята с помощта на това явление. Той първо се опитал да измери скоростта на движение на брауновските частици и нейната зависимост от техния размер. Любопитното е, че през 1921г Доклади на Националната академия на науките на САЩПубликувана е работата върху Брауновското движение на друг Винер, Норберт, известният основател на кибернетиката.

Идеите на LK Wiener са приети и развити от редица учени - Зигмунд Екснер в Австрия (и 33 години по-късно - и синът му Феликс), Джовани Кантони в Италия, Карл Вилхелм Негели в Германия, Луис Жорж Гуи във Франция, трима белгийски свещеници – йезуитите Карбонели, Делсо и Тирион и др. Сред тези учени е по-късно известният английски физик и химик Уилям Рамзи. Постепенно става ясно, че и най-малките зърна материя са удряни от всички страни от още по-малки частици, които вече не се виждат в микроскопа – точно както вълните, които люлеят далечна лодка, не се виждат от брега, докато движенията на самата лодка може да се види доста ясно. Както пишат в една от статиите от 1877 г. „... законът големи числасега не намалява ефекта от сблъсъците до средно равномерно налягане, техният резултат вече няма да е равен на нула, а непрекъснато ще променя посоката и величината си.

Качествено картината беше доста правдоподобна и дори визуална. Приблизително по същия начин трябва да се движи малка клонка или буболечка, която се избутва (или дърпа) в различни посоки от много мравки. Тези по-малки частици всъщност са били в лексикона на учените, само че никой никога не ги е виждал. Наричаха ги молекули; в превод от латински тази дума означава "малка маса". Удивително е, че точно това е обяснението на подобно явление, дадено от римския философ Тит Лукреций Кар (около 99–55 г. пр. н. е.) в известната му поема Относно естеството на нещата. В него той нарича най-малките частици, невидими за окото, „първични принципи“ на нещата.

Произходът на нещата първо се движи сам,
Зад тях има тела от най-малката им комбинация,
Близо, как да кажа, по сила до началото на първичното,
Скрити от тях, получавайки тласъци, те започват да се стремят,
Самите към движението след това подтикват по-голямото тяло.
И така, започвайки отначало, движението малко по малко
Нашите чувства се докосват и също стават видими
За нас и в праховите частици той се движи на слънчевата светлина,
Макар и незабележими сътресения, от които възниква...

Впоследствие се оказа, че Лукреций греши: невъзможно е да се наблюдава Брауново движение с невъоръжено око и прахови частици в слънчев лъч, проникнал в тъмна стая, „танцуват“ поради вихровите движения на въздуха. Но външно и двете явления имат някои прилики. И едва през 19 век. за много учени стана ясно, че движението на брауновските частици се причинява от случайни удари на молекулите на средата. Движещите се молекули се сблъскват с прахови частици и други твърди частици, които са във водата. Колкото по-висока е температурата, толкова по-бързо е движението. Ако прахово зърно е голямо, например, има размер 0,1 mm (милион пъти по-голямо от водна молекула), тогава много едновременни удари върху него от всички страни са взаимно балансирани и той практически не ги „усеща“ - приблизително същото като парче дърво с размерите на чиния няма да "усети" усилията на много мравки, които ще го дърпат или бутат в различни посоки. Ако, от друга страна, прашинката е сравнително малка, тя ще се движи първо в едната посока, след това в другата, под въздействието на ударите на околните молекули.

Брауновските частици имат размер от порядъка на 0,1–1 µm, т.е. от една хилядна до една десет хилядна от милиметъра, поради което Браун успя да различи тяхното движение, че той изследва малки цитоплазмени зърна, а не самия прашец (което често се съобщава погрешно). Факт е, че поленовите клетки са твърде големи. Така в прашеца на ливадни треви, който се разнася от вятъра и причинява алергични заболявания при хората (сенна хрема), размерът на клетката обикновено е в диапазона от 20-50 микрона, т.е. те са твърде големи, за да наблюдават Брауново движение. Важно е също така да се отбележи, че отделните движения на Браунова частица се случват много често и на много малки разстояния, така че е невъзможно да се видят, но под микроскоп се виждат движенията, които са настъпили за определен период от време.

Изглежда, че самият факт на съществуването на Брауново движение недвусмислено доказва молекулярната структура на материята, но дори в началото на 20-ти век. имаше учени, включително физици и химици, които не вярваха в съществуването на молекули. Атомно-молекулярната теория получи признание бавно и трудно. И така, най-големият френски органичен химик Марселин Бертло (1827-1907) пише: „Понятието за молекула, от гледна точка на нашето познание, е неопределено, докато друго понятие – атом – е чисто хипотетично. Известният френски химик А. Сен-Клер Девил (1818–1881) говори още по-ясно: „Не допускам нито закона на Авогадро, нито атом, нито молекула, защото отказвам да вярвам в това, което не мога да видя. нито да наблюдавам.” И немският физикохимик Вилхелм Оствалд (1853–1932), лауреат Нобелова награда, един от основателите на физическата химия, още в началото на 20 век. категорично отричаше съществуването на атоми. Той успява да напише тритомен учебник по химия, в който дори никога не се споменава думата "атом". Говорейки на 19 април 1904 г. с голям доклад в Кралския институт пред членове на Английското химическо дружество, Оствалд се опита да докаже, че атомите не съществуват и „това, което наричаме материя, е само съвкупност от енергии, събрани заедно на дадено място. "

Но дори онези физици, които приеха молекулярната теория, не можеха да повярват, че такава по прост начинвалидността на атомно-молекулярната доктрина е доказана, следователно са предложени голямо разнообразие от алтернативни причини за обяснение на явлението. И това е съвсем в духа на науката: докато не се установи недвусмислено причината за някое явление, е възможно (и дори е необходимо) да се предполагат различни хипотези, които трябва, ако е възможно, да бъдат проверени експериментално или теоретично. И така, през далечната 1905г енциклопедичен речникБрокхаус и Ефрон, малка статия беше публикувана от професора по физика в Санкт Петербург Н. А. Гезехус, учител на известния академик А. Ф. Йофе. Гезехус пише, че според някои учени Брауновото движение се причинява от „светлинни или топлинни лъчи, преминаващи през течността“, се свежда до „прости потоци в течността, които нямат нищо общо с движенията на молекулите“ и тези потоци може да бъде причинено от "изпаряване, дифузия и други причини". В крайна сметка вече беше известно, че много подобно движение на прахови частици във въздуха се причинява именно от вихрови потоци. Но обяснението, дадено от Гезехус, може лесно да бъде опровергано експериментално: ако две броунови частици, които са много близо една до друга, се изследват през силен микроскоп, тогава техните движения ще се окажат напълно независими. Ако тези движения бяха причинени от някакви потоци в течността, тогава такива съседни частици биха се движили съвместно.

Теория на Брауновото движение.

В началото на 20 век повечето учени разбраха молекулярната природа на Брауновото движение. Но всички обяснения останаха чисто качествени; никоя количествена теория не можеше да издържи на експериментална проверка. Освен това, самите експериментални резултати бяха неясни: фантастичният спектакъл от непрекъснато бързащи частици хипнотизираше експериментаторите и те не знаеха точно какви характеристики на явлението трябва да бъдат измерени.

Въпреки очевидното пълно разстройство, все още беше възможно да се опишат произволните движения на брауновските частици чрез математическа зависимост. Първото строго обяснение на брауновското движение е дадено през 1904 г. от полския физик Мариан Смолуховски (1872–1917), който в онези години работи в Лвовския университет. В същото време теорията за това явление е разработена от Алберт Айнщайн (1879–1955), малко известен експерт от 2-ри клас в Патентното ведомство на швейцарския град Берн. Неговата статия, публикувана през май 1905 г. в немското списание Annalen der Physik, е озаглавена За движението на частици, суспендирани във флуид в покой, изисквано от молекулярно-кинетичната теория на топлината. С това име Айнщайн искаше да покаже, че от молекулярно-кинетичната теория за структурата на материята съществуването на произволно движениенай-малките твърди частици в течности.

Любопитно е, че в самото начало на тази статия Айнщайн пише, че е запознат със самото явление, макар и повърхностно: „Възможно е въпросните движения да са идентични с така нареченото броуново молекулярно движение, но наличните данни за мен по отношение на последните са толкова неточни, че не бих могъл това конкретно мнение." И десетилетия по-късно, вече на склона на своя живот, Айнщайн пише нещо различно в мемоарите си - че изобщо не е знаел за Брауновското движение и всъщност го е „преоткрил“ чисто теоретично: „Не знаейки, че наблюденията върху „брауновското движение“ имат отдавна известен, аз открих, че атомистичната теория води до съществуването на наблюдавано движение на микроскопични суспендирани частици." Както и да е, теоретичната статия на Айнщайн завърши с пряк призив към експериментаторите да тестват неговите заключения на практика: "Ако има такива изследователят скоро може да отговори на въпросите, повдигнати тук въпроси!" - завършва статията си с такова необичайно възклицание.

Страстният призив на Айнщайн не закъсня.

Според теорията на Смолуховски-Айнщайн, средната стойност на квадратното изместване на Браунова частица ( с 2) за време тпряко пропорционална на температурата ти обратно пропорционална на вискозитета на флуида h, размера на частиците rи константата на Авогадро

н A: с 2 = 2RTt/6 тел rNА ,

където Ре газовата константа. Така че, ако за 1 минута частица с диаметър 1 µm се измести с 10 µm, то за 9 минути – с 10 = 30 µm, за 25 минути – с 10 = 50 µm и т.н. При подобни условия частица с диаметър 0,25 µm ще се измести съответно с 20, 60 и 100 µm в същите интервали от време (1, 9 и 25 минути), тъй като = 2. Важно е, че горното формулата включва константата на Авогадро, която по този начин е , може да бъде определена чрез количествени измервания на движението на Браунова частица, което прави френският физик Жан Батист Перен (1870–1942).

През 1908 г. Перин започва количествени наблюдения на движението на Браунови частици под микроскоп. Той използва ултрамикроскопа, изобретен през 1902 г., който направи възможно откриването на най-малките частици поради разсейването на светлината от мощен страничен осветител върху тях. Малки топчета с почти сферична форма и приблизително същия размер Perrin, получен от gummigut - кондензирания сок от някои тропически дървета (използва се и като жълта акварелна боя). Тези малки топчета бяха претеглени в глицерин, съдържащ 12% вода; вискозната течност предотврати появата на вътрешни потоци в нея, които биха размазали картината. Въоръжен с хронометър, Перин отбеляза и след това скицира (разбира се, в значително увеличен мащаб) върху графичен лист хартия положението на частиците на равни интервали, например на всеки половин минута. Чрез свързване на получените точки с прави линии той получава сложни траектории, някои от които са показани на фигурата (те са взети от книгата на Перин атомипубликуван през 1920 г. в Париж). Такова хаотично, хаотично движение на частиците води до факта, че те се движат в пространството доста бавно: сумата от сегментите е много по-голяма от изместването на частицата от първата точка до последната.

Последователни позиции на всеки 30 секунди на три браунови частици - топчета гумигут с размер около 1 микрон. Една клетка съответства на разстояние от 3 µm. Ако Перин можеше да определи позицията на Брауновските частици не след 30, а след 3 секунди, тогава правите линии между всяка съседна точка биха се превърнали в същия сложен зигзаг прекъсната линия, само в по-малък мащаб.

Използвайки теоретичната формула и неговите резултати, Перин получава стойността на числото на Авогадро, което е доста точно за това време: 6,8 . 10 23 . Перин също така изследва с микроскоп разпределението на Браунови частици по вертикала ( см. AVOGADRO LAW) и показа, че въпреки действието на земната гравитация, те остават в разтвор в суспендирано състояние. Перин притежава и други важни произведения. През 1895 г. той доказва, че катодните лъчи са отрицателни електрически заряди(електрони), през 1901 г. той за първи път предлага планетарен модел на атома. През 1926 г. е удостоен с Нобелова награда по физика.

Резултатите, получени от Перин, потвърждават теоретичните заключения на Айнщайн. Това направи силно впечатление. Както писах много години по-късно американски физикА. Паис, „никога не спирате да се учудвате на този резултат, получен по толкова прост начин: достатъчно е да приготвите суспензия от топки, чийто размер е голям в сравнение с размера на простите молекули, да вземете хронометър и микроскоп и можете да определите константата на Авогадро! Човек може да бъде изненадан и от друго: досега научни списания(Nature, Science, Journal of Chemical Education) от време на време се появяват описания на нови експерименти върху Брауновото движение! След публикуването на резултатите на Перин, бившият противник на атомизма Оствалд призна, че „съвпадението на Брауновото движение с изискванията на кинетичната хипотеза... сега дава право на най-предпазливия учен да говори за експерименталното доказателство на атомистична теория на материята. Така атомистичната теория се издига до ранга на научна, твърдо установена теория. Неговото ехо е от френския математик и физик Анри Поанкаре: „Блестящото определяне на броя на атомите от Перен завърши триумфа на атомизма... Атомът на химиците вече се превърна в реалност“.

Брауново движение и дифузия.

Движението на брауновските частици много прилича на движението на отделни молекули в резултат на тяхното топлинно движение. Това движение се нарича дифузия. Още преди работата на Смолуховски и Айнщайн законите на молекулярното движение са установени в най-простия случай на газообразното състояние на материята. Оказа се, че молекулите в газовете се движат много бързо - със скоростта на куршум, но не могат да "отлетят" далеч, тъй като много често се сблъскват с други молекули. Например, молекулите на кислорода и азота във въздуха, движещи се със средна скорост от около 500 m/s, изпитват повече от милиард сблъсъци всяка секунда. Следователно пътят на молекулата, ако можеше да бъде проследен, би бил сложна прекъсната линия. Подобна траектория се описва от Браунови частици, ако тяхното положение е фиксирано на определени интервали от време. Както дифузията, така и Брауновото движение са следствие от хаотичното топлинно движение на молекулите и следователно се описват с подобни математически отношения. Разликата е, че молекулите в газовете се движат по права линия, докато се сблъскат с други молекули, след което променят посоката си. Браунова частица, за разлика от молекулата, не извършва никакви „свободни полети“, но изпитва много чести малки и неправилни „трептения“, в резултат на което произволно се измества на една или друга страна. Изчисленията показват, че за частица от 0,1 µm едно движение се случва за три милиардни от секундата на разстояние от само 0,5 nm (1 nm = 0,001 µm). Според уместния израз на един автор това напомня движението на празна кутия от бира на площад, където се е събрала тълпа от хора.

Дифузията е много по-лесна за наблюдение от Брауновото движение, тъй като не изисква микроскоп: не се наблюдават движенията на отделните частици, а техните огромни маси, необходимо е само да се гарантира, че конвекцията не се наслагва върху дифузията - смесване на материята в резултат на вихрови потоци (такива потоци се забелязват лесно, като се капне капка оцветен разтвор, като мастило, в чаша гореща вода).

Дифузията се наблюдава удобно в дебели гелове. Такъв гел може да се приготви например в пеницилинов буркан, като в него се приготви 4-5% разтвор на желатин. Желатинът първо трябва да набъбне в продължение на няколко часа, след което се разтваря напълно с разбъркване, спускайки буркана в гореща вода. След охлаждане се получава нетечащ гел под формата на прозрачна, леко мътна маса. Ако с помощта на остри пинсети в центъра на тази маса внимателно се въведе малък кристал калиев перманганат („калиев перманганат“), тогава кристалът ще остане да виси на мястото, където е бил оставен, тъй като гелът не оставете го да падне. В рамките на няколко минути около кристала ще започне да расте пурпурна топка, която с течение на времето става все по-голяма и по-голяма, докато стените на буркана изкривят формата му. Същият резултат може да се получи с помощта на кристал от меден сулфат, само че в този случай топката ще се окаже не лилава, а синя.

Защо се оказа топката е ясно: MnO 4 - йоните, образувани по време на разтварянето на кристала, преминават в разтвор (гелът е главно вода) и в резултат на дифузията се движат равномерно във всички посоки, докато гравитацията практически няма ефект върху скоростта на дифузия. Дифузията в течност е много бавна: отнема много часове, за да нарасне топката с няколко сантиметра. При газовете дифузията е много по-бърза, но все пак, ако въздухът не се смеси, миризмата на парфюм или амоняк ще се разпространи в стаята с часове.

Теория на Брауновото движение: произволни разходки.

Теорията на Смолуховски-Айнщайн обяснява моделите както на дифузията, така и на Брауновото движение. Можем да разгледаме тези закономерности на примера на дифузията. Ако скоростта на молекулата е u, тогава, движейки се по права линия, отнема време тще премине разстоянието Л = ut, но поради сблъсъци с други молекули, тази молекула не се движи по права линия, а непрекъснато променя посоката на движението си. Ако беше възможно да се очертае пътя на молекула, той нямаше да се различава фундаментално от чертежите, получени от Перин. От такива фигури може да се види, че поради хаотичното движение молекулата се измества на разстояние с, много по-малко от Л. Тези количества са свързани чрез релацията с= , където l е разстоянието, през което молекулата лети от един сблъсък до друг, средният свободен път. Измерванията показаха, че за въздушни молекули при нормално атмосферно налягане l ~ 0,1 μm, което означава, че при скорост от 500 m / s молекула азот или кислород ще лети за 10 000 секунди (по-малко от три часа) Л= 5000 km и ще се измести от първоначалното положение само с с\u003d 0,7 m (70 cm), следователно веществата поради дифузия се движат толкова бавно дори в газове.

Пътят на молекула в резултат на дифузия (или пътя на Браунова частица) се нарича произволно ходене (на английски random walk). Остроумните физици преинтерпретираха този израз в ходенето на пияница - „пътя на пияница." Действително, преместването на частица от една позиция в друга (или пътя на молекула, претърпяваща много сблъсъци) наподобява движението на пиян човек. Освен това тази аналогия също така е доста лесно да се изведе основното уравнение на такъв процес - на примера на едномерно движение, което е лесно да се обобщи до триизмерно.

Нека пития моряк напусне механата късно вечерта и тръгва по улицата. След като извървя пътеката l до най-близкия фенер, той си почине и отиде ... или по-нататък, до следващия фенер, или обратно към механата - в края на краищата той не помни откъде е дошъл. Въпросът е дали някога ще напусне механата, или просто ще се лута из нея, ту се отдалечава, ту се приближава? (В друга версия на проблема се казва, че в двата края на улицата, където свършват фенерите, има кални канавки и въпросът е дали морякът ще успее да избегне падането в един от тях.) Интуитивно вторият отговор изглежда верен. Но той греши: оказва се, че морякът постепенно ще се отдалечава все повече и повече от нулевата точка, макар и много по-бавно, отколкото ако върви само в една посока. Ето как да го докажете.

След като премине първия път до най-близката лампа (вдясно или вляво), морякът ще бъде на разстояние с 1 = ± l от началната точка. Тъй като ни интересува само разстоянието му от тази точка, но не и посоката, ние се отърваваме от знаците, като квадратуваме този израз: с 1 2 \u003d l 2. След известно време, морякът, като вече н"скитане", ще бъде на разстояние

с Н= от началото. И като мина още веднъж (от едната страна) до най-близкия фенер, - на разстояние с Н+1 = с Н± l, или, използвайки квадрата на отместването, с 2 н+1 = с 2 н±2 с Н l + l 2. Ако морякът повтори това движение много пъти (от нпреди н+ 1), то в резултат на осредняване (he еднакво вероятноминава н-та стъпка вдясно или вляво), член ± 2 с Н l се отменя, така че s 2 н+1 = s2 н+ l 2> (ъглови скоби показват средната стойност). L \u003d 3600 m \u003d 3,6 km, докато изместването от нулевата точка за същото време ще бъде равно само на с= = 190 м. След три часа ще мине Л= 10,8 км и ще се превключи на с= 330 м и др.

Работете u l в получената формула може да се сравни с коефициента на дифузия, който, както е показано от ирландския физик и математик Джордж Габриел Стоукс (1819–1903), зависи от размера на частиците и вискозитета на средата. Въз основа на тези съображения Айнщайн изведе своето уравнение.

Теорията на Брауновото движение в реалния живот.

Теорията на произволните разходки има важно практическо приложение. Казва се, че при липса на забележителности (слънце, звезди, шум от магистрала или железопътна линияи др.) човек се скита в гората, през полето в снежна буря или в гъста мъгла в кръгове, като през цялото време се връща на първоначалното си място. Всъщност той не ходи в кръг, а приблизително по начина, по който се движат молекулите или брауновските частици. Може да се върне на първоначалното си място, но само случайно. Но много пъти му пресича пътя. Те също така казват, че хора, които са били замръзнали във виелица, са били открити на „няколко километър“ от най-близкия жилище или път, но всъщност човек не е имал възможност да измине този километър и ето защо.

За да изчислите колко ще се движи човек в резултат на произволни разходки, трябва да знаете стойността на l, т.е. разстоянието, което човек може да измине по права линия без никакви референтни точки. Тази стойност е измерена от доктора на геолого-минералогичните науки Б. С. Горобец с помощта на студенти-доброволци. Разбира се, той не ги остави в гъста гора или на заснежено поле, всичко беше по-просто - поставиха ученика в центъра на празен стадион, завързаха му очите и го помолиха да отиде до края в пълно мълчание (за да се изключи ориентация по звуци) футболно игрище. Оказа се, че средно ученикът е вървял по права линия само около 20 метра (отклонението от идеалната права линия не надвишава 5 °), а след това започва да се отклонява все повече и повече от първоначалната посока. В крайна сметка той спря, далеч от достигането на ръба.

Сега нека човек да ходи (или по-скоро да се скита) в гората със скорост от 2 километра в час (за път това е много бавно, но за гъста гора е много бързо), тогава ако стойността на l е 20 метра , след това за час той ще измине 2 км, но ще се движи само 200 м, за два часа - около 280 m, за три часа - 350 m, за 4 часа - 400 m и т.н. И се движи по права линия при т.н. със скорост, човек би изминал 8 километра за 4 часа, следователно в инструкциите за безопасност за работа на терен има такова правило: ако ориентирите се изгубят, трябва да останете на място, да оборудвате заслона и да изчакате края на лошо време (може да излезе слънцето) или помощ. В гората ориентири - дървета или храсти - ще ви помогнат да се движите по права линия и всеки път трябва да запазите два такива ориентира - единият отпред, другият отзад. Но, разбира се, най-добре е да вземете компас със себе си...

Иля Линсън

литература:

Марио Лоци. История на физиката. М., Мир, 1970 г
Керкер М. Браунови движения и молекулярна реалност преди 1900 г. Journal of Chemical Education, 1974, кн. 51, бр.12
Leenson I.A. химична реакция . М., Астрел, 2002

Какво е Брауново движение?

Сега ще се запознаете с най-очевидното доказателство за термичното движение на молекулите (втората основна позиция на молекулярно-кинетична теория). Не забравяйте да се опитате да погледнете през микроскоп и да видите как се движат така наречените браунови частици.

Преди това научихте какво дифузият.е. смесване на газове, течности и твърди веществас техния директен контакт. Това явление може да се обясни с произволното движение на молекулите и проникването на молекули на едно вещество в пространството между молекулите на друго вещество. Това може да обясни например факта, че обемът на смес от вода и алкохол е по-малък от обема на нейните компоненти. Но най-очевидното доказателство за движението на молекулите може да се получи чрез наблюдение под микроскоп на най-малките частици от всяко твърдо вещество, суспендирано във вода. Тези частици се движат произволно, което се нарича брауновски.

Това е термичното движение на частици, суспендирани в течност (или газ).

Наблюдение на Брауново движение

Английският ботаник Р. Браун (1773-1858) за първи път наблюдава това явление през 1827 г., като изследва под микроскоп спорите на мъха, суспендирани във вода. По-късно той разглежда и други малки частици, включително частици от камък Египетски пирамиди. Сега, за да се наблюдава Брауновото движение, се използват частици от боя за гумигут, която е неразтворима във вода. Тези частици се движат произволно. Най-поразителното и необичайно за нас е, че това движение никога не спира. Свикнали сме с факта, че всяко движещо се тяло рано или късно спира. Първоначално Браун смяташе, че спорите на клубния мъх показват признаци на живот.

термично движение и то не може да спре. С повишаване на температурата интензитетът му се увеличава. Фигура 8.3 показва диаграма на движението на Браунови частици. Позициите на частиците, маркирани с точки, се определят на равни интервали от 30 s. Тези точки са свързани с прави линии. В действителност траекторията на частиците е много по-сложна.

Брауново движение може да се наблюдава и в газ. Осъществява се от частици прах или дим, суспендирани във въздуха.

Немският физик Р. Пол (1884-1976) колоритно описва Брауновото движение: „Малко явления могат да запленят наблюдателя толкова, колкото Брауновото движение. Тук на наблюдателя е позволено да погледне зад кулисите на случващото се в природата. Преди него да се отвори нов свят- непрекъсната суматоха от огромен брой частици. Най-малките частици летят бързо в полезрението на микроскопа, почти мигновено променяйки посоката на движение. По-големите частици се движат по-бавно, но също така постоянно променят посоката си. Големите частици практически се блъскат на място. Техните издатини ясно показват въртенето на частиците около оста им, което постоянно променя посоката в пространството. Никъде няма следа от система или ред. Доминирането на сляпата случайност - ето какво силно, поразително впечатление прави тази картина на наблюдателя.

В момента концепцията Брауново движениеизползван в по-широк смисъл. Например, Брауновото движение е треперенето на стрелките на чувствителните измервателни уреди, което възниква поради термичното движение на атомите на частите на инструмента и околната среда.

Обяснение на Брауновото движение

Брауновото движение може да се обясни само на базата на молекулярно-кинетична теория. Причината за Брауновото движение на частица е, че ударите на течни молекули върху частицата не се компенсират взаимно.. Фигура 8.4 показва схематично позицията на една броунова частица и най-близките до нея молекули. Когато молекулите се движат произволно, импулсите, които предават на Браунова частица, например отляво и отдясно, не са еднакви. Следователно, резултантната сила на натиск на течни молекули върху Браунова частица е различна от нула. Тази сила причинява промяна в движението на частицата.

Средното налягане има определена стойност както в газ, така и в течност. Но винаги има леки случайни отклонения от тази средна стойност. Колкото по-малка е повърхността на тялото, толкова по-забележими са относителните промени в силата на натиск, действаща върху тази област. Така например, ако площта има размер от порядъка на няколко молекулни диаметъра, тогава силата на налягане, действаща върху нея, се променя рязко от нула до определена стойност, когато молекулата навлезе в тази област.

Молекулярно-кинетичната теория на Брауновото движение е създадена през 1905 г. от А. Айнщайн (1879-1955).

Изграждането на теорията за брауновското движение и нейното експериментално потвърждение от френския физик Ж. Перен окончателно завърши победата на молекулярно-кинетичната теория.

Експериментите на Перин

Идеята зад експериментите на Перин е следната. Известно е, че концентрацията на газовите молекули в атмосферата намалява с височината. Ако нямаше топлинно движение, тогава всички молекули щяха да паднат на Земята и атмосферата щеше да изчезне. Въпреки това, ако нямаше привличане към Земята, тогава поради термично движение, молекулите биха напуснали Земята, тъй като газът е способен на неограничено разширение. В резултат на действието на тези противоположни фактори се установява известно разпределение на молекулите по височина, както бе споменато по-горе, т.е. концентрацията на молекулите намалява доста бързо с височината. Освен това, колкото по-голяма е масата на молекулите, толкова по-бързо намалява концентрацията им с височина.

Брауновските частици участват в топлинното движение. Тъй като тяхното взаимодействие е незначително, съвкупността от тези частици в газ или течност може да се разглежда като идеален газ от много тежки молекули. Следователно концентрацията на Браунови частици в газ или течност в гравитационното поле на Земята трябва да намалява по същия закон като концентрацията на газовите молекули. Този закон е известен.

Перин, използвайки микроскоп с голямо увеличение и малка дълбочина на полето (малка дълбочина на полето), наблюдава Браунови частици в много тънки слоеве течност. Изчислявайки концентрацията на частици на различни височини, той установи, че тази концентрация намалява с височината по същия закон като концентрацията на газовите молекули. Разликата е, че поради голямата маса на Браунови частици, намаляването настъпва много бързо.

Освен това преброяването на Браунови частици на различни височини позволи на Перин да определи константата на Авогадро по напълно нов начин. Стойността на тази константа съвпадна с известната.

Всички тези факти свидетелстват за правилността на теорията за Брауновото движение и съответно за факта, че Брауновските частици участват в топлинното движение на молекулите.

Вие ясно сте видели съществуването на топлинно движение; Видяхме хаотичното движение. Молекулите се движат дори по-случайно от брауновските частици.

Същността на явлението

Сега нека се опитаме да разберем същността на явлението Брауново движение. И това се случва, защото всички абсолютно течности и газове се състоят от атоми или молекули. Но също така знаем, че тези най-малки частици, намиращи се в непрекъснато хаотично движение, непрекъснато избутват Брауновската частица от различни страни.

Но ето какво е интересното, учените са доказали, че частици с по-големи размери, надвишаващи 5 микрона, остават неподвижни и почти не участват в Брауновото движение, което не може да се каже за по-малките частици. Частици с размер по-малък от 3 микрона могат да се движат напред, като правят завъртания или изписват сложни траектории.

При потапяне в околната среда на голямо тяло, възникващо в огромен бройтремор, сякаш излиза на средно нивои подкрепа постоянно налягане. В този случай теорията на Архимед влиза в игра, тъй като голямо тяло, заобиколено от среда от всички страни, балансира налягането и оставащата повдигаща сила позволява на това тяло да плува или потъва.

Но ако тялото има размери като Браунова частица, тоест напълно незабележимо, тогава стават забележими отклонения в налягането, които допринасят за създаването на произволна сила, която води до трептения на тези частици. Може да се заключи, че Брауновските частици в средата са във суспензия, за разлика от големите частици, които потъват или плават.

Значение на Брауновото движение

Нека се опитаме да разберем дали Брауновото движение в естествената среда има някакво значение:

Първо, Брауновото движение играе значителна роля в храненето на растенията от почвата;
Второ, в човешките и животинските организми усвояването на хранителните вещества става през стените на храносмилателните органи поради броуновото движение;
На трето място, при осъществяване на кожно дишане;
И накрая, Брауновото движение има значение за разпространението на вредни вещества във въздуха и водата.

Домашна работа

Прочетете внимателно въпросите и дайте писмени отговори на тях:

1. Спомнете си какво се нарича дифузия?
2. Каква е връзката между дифузията и топлинното движение на молекулите?
3. Дефинирайте Брауновото движение.
4. Какво мислите, термично ли е Брауновското движение и обосновете отговора си?
5. Ще се промени ли естеството на Брауновото движение при нагряване? Ако се промени, как тогава?
6. Какъв инструмент се използва при изследването на Брауновото движение?
7. Променя ли се моделът на Брауновото движение с повишаване на температурата и как точно?
8. Ще има ли някаква промяна в Брауновото движение, ако водната емулсия се замени с глицерол?

G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, Физика 10 клас

Наблюдението на Браун беше потвърдено от други учени. Най-малките частици се държаха така, сякаш са живи, а „танцът“ на частиците се ускорява с повишаване на температурата и намаляване на размера на частиците и ясно се забавя, когато водата се заменя с по-вискозна среда. Това невероятно явление никога не е спирало: може да се наблюдава произволно дълго време. Първоначално Браун дори си помисли, че живите същества наистина са попаднали в полето на микроскопа, особено след като цветният прашец е мъжките зародишни клетки на растенията, но частици от мъртви растения, дори от тези, изсушени сто години по-рано в хербариите, също водят. Тогава Браун си помисли дали това са „елементарните молекули на живите същества“, които известният френски натуралист Жорж Буфон (1707–1788), автор на 36-томната книга природознание. Това предположение отпадна, когато Браун започна да изследва очевидно неодушевени предмети; отначало бяха много малки частици въглища, както и сажди и прах от лондонския въздух, след това фино смлени неорганични вещества: стъкло, много различни минерали. „Активни молекули“ бяха навсякъде: „Във всеки минерал“, пише Браун, „който успях да смеля на прах до такава степен, че да може да бъде суспендиран във вода за известно време, открих, в по-големи или по-малки количества, тези молекули .

Брауново движение и атомно-молекулярна теория.

Идеите на LK Wiener са приети и развити от редица учени - Зигмунд Екснер в Австрия (и 33 години по-късно - и синът му Феликс), Джовани Кантони в Италия, Карл Вилхелм Негели в Германия, Луис Жорж Гуи във Франция, трима белгийски свещеници – йезуитите Карбонели, Делсо и Тирион и др. Сред тези учени е по-късно известният английски физик и химик Уилям Рамзи. Постепенно става ясно, че и най-малките зърна материя са удряни от всички страни от още по-малки частици, които вече не се виждат в микроскопа – точно както вълните, които люлеят далечна лодка, не се виждат от брега, докато движенията на самата лодка може да се види доста ясно. Както пишат в една от статиите от 1877 г., "... законът за големите числа сега не намалява ефекта от сблъсъците до средно равномерно налягане, техният резултат вече няма да е равен на нула, а непрекъснато ще променя посоката си и неговата величина."

Изглежда, че самият факт на съществуването на Брауново движение недвусмислено доказва молекулярната структура на материята, но дори в началото на 20-ти век. имаше учени, включително физици и химици, които не вярваха в съществуването на молекули. Атомно-молекулярната теория получи признание бавно и трудно. И така, най-големият френски органичен химик Марселин Бертло (1827-1907) пише: „Понятието за молекула, от гледна точка на нашето познание, е неопределено, докато друго понятие – атом – е чисто хипотетично. Известният френски химик А. Сен-Клер Девил (1818–1881) говори още по-ясно: „Не допускам нито закона на Авогадро, нито атом, нито молекула, защото отказвам да вярвам в това, което не мога да видя. нито да наблюдавам.” И немският физикохимик Вилхелм Оствалд (1853–1932), носител на Нобелова награда, един от основателите на физическата химия, още в началото на 20 век. категорично отричаше съществуването на атоми. Той успява да напише тритомен учебник по химия, в който дори никога не се споменава думата "атом". Говорейки на 19 април 1904 г. с голям доклад в Кралския институт пред членове на Английското химическо дружество, Оствалд се опита да докаже, че атомите не съществуват и „това, което наричаме материя, е само съвкупност от енергии, събрани заедно на дадено място. "

Но дори онези физици, които приеха молекулярната теория, не можеха да повярват, че истинността на атомно-молекулярната доктрина е доказана по толкова прост начин, така че бяха предложени различни алтернативни причини за обяснение на явлението. И това е съвсем в духа на науката: докато не се установи недвусмислено причината за някое явление, е възможно (и дори е необходимо) да се предполагат различни хипотези, които трябва, ако е възможно, да бъдат проверени експериментално или теоретично. И така, още през 1905 г. в Енциклопедичния речник на Брокхаус и Ефрон е публикувана малка статия от петербургския професор по физика Н. А. Гезехус, учител на известния академик А. Ф. Йофе. Гезехус пише, че според някои учени Брауновото движение се причинява от „светлинни или топлинни лъчи, преминаващи през течността“, се свежда до „прости потоци в течността, които нямат нищо общо с движенията на молекулите“ и тези потоци може да бъде причинено от "изпаряване, дифузия и други причини". В крайна сметка вече беше известно, че много подобно движение на прахови частици във въздуха се причинява именно от вихрови потоци. Но обяснението, дадено от Гезехус, може лесно да бъде опровергано експериментално: ако две броунови частици, които са много близо една до друга, се изследват през силен микроскоп, тогава техните движения ще се окажат напълно независими. Ако тези движения бяха причинени от някакви потоци в течността, тогава такива съседни частици биха се движили съвместно.

Теория на Брауновото движение.

Въпреки очевидното пълно разстройство, все още беше възможно да се опишат произволните движения на брауновските частици чрез математическа зависимост. Първото строго обяснение на брауновското движение е дадено през 1904 г. от полския физик Мариан Смолуховски (1872–1917), който в онези години работи в Лвовския университет. В същото време теорията за това явление е разработена от Алберт Айнщайн (1879–1955), малко известен експерт от 2-ри клас в Патентното ведомство на швейцарския град Берн. Неговата статия, публикувана през май 1905 г. в немското списание Annalen der Physik, е озаглавена За движението на частици, суспендирани във флуид в покой, изисквано от молекулярно-кинетичната теория на топлината. С това име Айнщайн искаше да покаже, че съществуването на произволно движение на най-малките твърди частици в течности непременно следва от молекулярно-кинетичната теория за структурата на материята.

Страстният призив на Айнщайн не закъсня.

н A: с 2 = 2RTt/6 тел rNА ,

Последователни позиции на всеки 30 секунди на три браунови частици - топчета гумигут с размер около 1 микрон. Една клетка съответства на разстояние от 3 µm. Ако Перин можеше да определи позицията на Брауновските частици не след 30, а след 3 секунди, тогава правите линии между всяка съседна точка биха се превърнали в една и съща сложна зигзагообразна прекъсната линия, само в по-малък мащаб.

Използвайки теоретичната формула и неговите резултати, Перин получава стойността на числото на Авогадро, което е доста точно за това време: 6,8 . 10 23 . Перин също така изследва с микроскоп разпределението на Браунови частици по вертикала ( см. AVOGADRO LAW) и показа, че въпреки действието на земната гравитация, те остават в разтвор в суспендирано състояние. Перин притежава и други важни произведения. През 1895 г. той доказва, че катодните лъчи са отрицателни електрически заряди (електрони), през 1901 г. за първи път предлага планетарен модел на атома. През 1926 г. е удостоен с Нобелова награда по физика.

Резултатите, получени от Перин, потвърждават теоретичните заключения на Айнщайн. Това направи силно впечатление. Както пише американският физик А. Паис много години по-късно, „никога не преставате да се изумявате от този резултат, получен по толкова прост начин: достатъчно е да приготвите суспензия от топки, чийто размер е голям в сравнение с размера от прости молекули, вземете хронометър и микроскоп и можете да определите константата на Авогадро! Човек може да бъде изненадан и по друг начин: досега в научните списания (Nature, Science, Journal of Chemical Education) от време на време се появяват описания на нови експерименти върху Брауновото движение! След публикуването на резултатите на Перин, бившият противник на атомизма Оствалд призна, че „съвпадението на Брауновото движение с изискванията на кинетичната хипотеза... сега дава право на най-предпазливия учен да говори за експерименталното доказателство на атомистична теория на материята. Така атомистичната теория се издига до ранга на научна, твърдо установена теория. Неговото ехо е от френския математик и физик Анри Поанкаре: „Блестящото определяне на броя на атомите от Перен завърши триумфа на атомизма... Атомът на химиците вече се превърна в реалност“.

Брауново движение и дифузия.

Теория на Брауновото движение: произволни разходки.

с Н= от началото. И като мина още веднъж (от едната страна) до най-близкия фенер, - на разстояние с Н+1 = с Н± l, или, използвайки квадрата на отместването, с 2 н+1 = с 2 н±2 с Н l + l 2. Ако морякът повтори това движение много пъти (от нпреди н+ 1), след това в резултат на осредняване (преминава с еднаква вероятност н-та стъпка вдясно или вляво), член ± 2 с Н l се отменя, така че s 2 н+1 = s2 н+ l 2> (ъглови скоби показват средната стойност). L \u003d 3600 m \u003d 3,6 km, докато изместването от нулевата точка за същото време ще бъде равно само на с= = 190 м. След три часа ще мине Л= 10,8 км и ще се превключи на с= 330 м и др.

Теорията на Брауновото движение в реалния живот.

Теорията на произволните разходки има важно практическо приложение. Казват, че при липса на ориентири (слънце, звезди, шум от магистрала или железница и др.), човек се скита в гора, през поле в снежна буря или в гъста мъгла в кръгове, винаги се връща към първоначалното му място. Всъщност той не ходи в кръг, а приблизително по начина, по който се движат молекулите или брауновските частици. Може да се върне на първоначалното си място, но само случайно. Но много пъти му пресича пътя. Те също така казват, че хора, които са били замръзнали във виелица, са били открити на „няколко километър“ от най-близкия жилище или път, но всъщност човек не е имал възможност да измине този километър и ето защо.

За да изчислите колко ще се движи човек в резултат на произволни разходки, трябва да знаете стойността на l, т.е. разстоянието, което човек може да измине по права линия без никакви референтни точки. Тази стойност е измерена от доктора на геолого-минералогичните науки Б. С. Горобец с помощта на студенти-доброволци. Разбира се, той не ги остави в гъста гора или на заснежено поле, всичко беше по-просто - поставиха ученика в центъра на празен стадион, завързаха му очите и го помолиха да отиде в пълна тишина (за да изключи ориентацията по звуци ) до края на футболното игрище. Оказа се, че средно ученикът е вървял по права линия само около 20 метра (отклонението от идеалната права линия не надвишава 5 °), а след това започва да се отклонява все повече и повече от първоначалната посока. В крайна сметка той спря, далеч от достигането на ръба.

Иля Линсън

литература:

Шотландският ботаник Робърт Браун приживе, като най-добър познавач на растенията, получава титлата "принц на ботаниците". Той направи много прекрасни открития. През 1805 г., след четиригодишна експедиция в Австралия, той донася в Англия около 4000 вида непознати на учените австралийски растения и прекарва много години в изучаването им. Описани растения, донесени от Индонезия и Централна Африка. Изучава физиологията на растенията, за първи път описва подробно ядрото на растителната клетка. Но името на учения сега е широко известно не заради тези произведения.

През 1827 г. Браун провежда изследвания върху растителния прашец. По-специално той се интересуваше как цветният прашец участва в процеса на оплождане. Веднъж под микроскоп той изследва удължени цитоплазмени зърна, суспендирани във вода, изолирани от поленовите клетки на северноамериканското растение Clarkia pulchella (хубава кларкия). Изведнъж Браун видя, че най-малките твърди зърна, които трудно се виждат в капка вода, непрекъснато треперят и се местят от място на място. Той откри, че тези движения, по думите му, „не са свързани нито с потоци в течността, нито с постепенното й изпаряване, а са присъщи на самите частици“.

Наблюдението на Браун беше потвърдено от други учени. Най-малките частици се държаха така, сякаш са живи, а „танцът“ на частиците се ускорява с повишаване на температурата и намаляване на размера на частиците и ясно се забавя, когато водата се заменя с по-вискозна среда. Това невероятно явление никога не е спирало: може да се наблюдава произволно дълго време. Отначало Браун дори си помисли, че живите същества наистина са попаднали в полето на микроскопа, особено след като цветният прашец е мъжките полови клетки на растенията, но водят и частици от мъртви растения, дори от тези, изсушени сто години по-рано в хербариите. Тогава Браун се зачуди дали това са "елементарните молекули на живите същества", за които говори известният френски натуралист Жорж Бюфон (1707-1788), автор на 36-томната Естествена история. Това предположение отпадна, когато Браун започна да изследва очевидно неодушевени предмети; отначало бяха много малки частици въглища, както и сажди и прах от лондонския въздух, след това фино смлени неорганични вещества: стъкло, много различни минерали. „Активни молекули“ бяха навсякъде: „Във всеки минерал“, пише Браун, „който успях да смеля на прах до такава степен, че да може да бъде суспендиран във вода за известно време, открих, в по-големи или по-малки количества, тези молекули .

В продължение на около 30 години откритието на Браун не привлича интереса на физиците. Новото явление не беше дадено от голямо значение, вярвайки, че се дължи на треперенето на лекарството, или аналогично на движението на праховите частици, което се наблюдава в атмосферата при падане на лъч светлина върху тях и което, както беше известно, се причинява от движението на въздух. Но ако движенията на брауновските частици са причинени от някои потоци в течността, тогава такива съседни частици биха се движили съвместно, което противоречи на данните от наблюденията.

Обяснението на Брауновското движение (както беше наречено това явление) чрез движението на невидими молекули е дадено едва през последната четвърт на 19 век, но не е прието веднага от всички учени. През 1863 г. Лудвиг Кристиан Винер (1826-1896), учител по описателна геометрия от Карлсруе (Германия), предполага, че явлението е свързано с осцилаторните движения на невидимите атоми. Важно е, че Винер е видял възможност да проникне в тайните на структурата на материята с помощта на това явление. Той първо се опитал да измери скоростта на движение на брауновските частици и нейната зависимост от техния размер. Но заключенията на Винер се усложняват от въвеждането на концепцията за "атомите на етера" в допълнение към атомите на материята. През 1876 г. Уилям Рамзи и през 1877 г. белгийските йезуитски свещеници Карбонел, Делсо и Тирион и накрая през 1888 г. Хуи ясно показват топлинната природа на Брауновското движение [5].

„При голяма площ“, пишат Делсо и Карбонел, „въздействията на молекулите, които причиняват налягане, не предизвикват никакво разклащане на окачено тяло, тъй като заедно създават равномерен натиск върху тялото във всички посоки. Но ако площта не е достатъчна, за да компенсира неравностите, е необходимо да се вземе предвид неравенството на наляганията и непрекъснатата им промяна от точка до точка. Законът за големите числа сега не свежда ефекта от сблъсъците до средно равномерно налягане, техният резултат вече няма да е равен на нула, а непрекъснато ще променя посоката и величината си.

Ако се приеме това обяснение, тогава явлението термично движение на течности, постулирано от кинетичната теория, може да се каже, че е доказано ad oculos (видимо). Точно както е възможно, без да разграничаваме вълните в далечината от морето, това ще обясни люлеенето на лодката на хоризонта с вълни, по същия начин, не виждайки движението на молекулите, може да се съди за това по движението на частици, суспендирани в течността.

Това обяснение на Брауновото движение е важно не само като потвърждение на кинетичната теория, но има и важни теоретични последици. Съгласно закона за запазване на енергията, промяната в скоростта на суспендирана частица трябва да бъде придружена от промяна на температурата в непосредствена близост до тази частица: тази температура се увеличава, ако скоростта на частицата намалява, и намалява, ако скоростта на частицата се увеличава. По този начин термичното равновесие на течността е статистическо равновесие.

Още по-значимо наблюдение е направено през 1888 г. от Хюй: Брауновското движение, строго погледнато, не се подчинява на втория закон на термодинамиката. Всъщност, когато една суспендирана частица се издига спонтанно в течност, част от топлината на околната среда спонтанно се трансформира в механична работа, което е забранено от втория закон на термодинамиката. Наблюденията обаче показват, че частицата се издига по-рядко, колкото по-тежка е частицата. За частици от материя с обикновени размери тази вероятност за такова издигане е практически нула.

Така вторият закон на термодинамиката се превръща в закон на вероятността, а не в закон на необходимостта. Преди това никакъв опит не е подкрепял тази статистическа интерпретация. Достатъчно беше да се отрече съществуването на молекули, както беше направено например от школата по енергетика, която процъфтява под ръководството на Мах и Оствалд, за да се превърне вторият закон на термодинамиката в закон на необходимостта. Но след откриването на Брауновското движение стриктното тълкуване на втория закон вече стана невъзможно: имаше реален опит, който показа, че вторият закон на термодинамиката постоянно се нарушава в природата, че вечен двигател от втория вид не е само не е изключено, но постоянно се осъзнава точно пред очите ни.

Ето защо в края на миналия век изучаването на брауновското движение придобива голямо теоретично значение и привлича вниманието на много физици-теоретици и по-специално на Айнщайн.